Intelligente Bodenfeuchtesensoren:Steigerung der landwirtschaftlichen Effizienz und der Ernteerträge

Pflanzen beziehen Wasser und die meisten ihrer Nährstoffe aus dem Boden. Diese Bodennährstoffe werden von den Wurzeln der Pflanzen aufgenommen und über ein Gefäßgewebe namens „Xylem“ zu den Blättern transportiert, wo die Photosynthese stattfindet. Der Boden unterstützt somit den gesamten Nahrungskreislauf, indem er als erste Plattform für die Nahrungserzeugung nicht nur für Pflanzen, sondern auch für andere Lebewesen fungiert.

Landwirte und Landwirte wissen, wie wichtig es ist, den optimalen Nährstoff- und Feuchtigkeitsgehalt des Bodens aufrechtzuerhalten, um das Wachstum von Nutzpflanzen zu fördern. Der Einsatz von Düngemitteln und Mist verbessert die Bodenqualität und ein robustes Bewässerungssystem erleichtert die Kontrolle des Wassergehalts im Boden.

Fortschritte im Internet der Dinge und in der Sensortechnologie haben zu verschiedenen Systemen zur Erkennung der Bodenfeuchtigkeit geführt. Mithilfe dieser Geräte kann ein Landwirt die Qualität seines Bodens überwachen und verwalten und eine Kulturpflanze auswählen, die für den Anbau auf seinen Feldern geeignet ist. Es gibt verschiedene Mechanismen, die diese Sensoren zur Bestimmung des Bodenwassergehalts nutzen. Daher ist es wichtig, mit den verschiedenen Terminologien im Zusammenhang mit der Bodenfeuchtigkeit vertraut zu sein.

Einige Schlüsselwörter im Zusammenhang mit Bodenfeuchtigkeit:

Im Folgenden sind einige Terminologien aufgeführt, die mit der Messung der Bodenfeuchtigkeit verbunden sind:

• • Bodenwassergehalt:Auch Bodenfeuchtigkeit genannt. Dabei handelt es sich um die Wassermenge, die zu einem bestimmten Zeitpunkt in einer bekannten Bodenmenge vorhanden ist. Sie wird im Allgemeinen als Zoll Wasser pro Fuß Boden ODER als % Wasser pro Gewicht oder Volumen des Bodens ausgedrückt.
• • Sättigung:Die Sättigung bezieht sich auf den Wassergehalt des Bodens, wenn alle Poren des Bodens mit Wasser gefüllt sind. Es handelt sich um einen vorübergehenden Zustand, da überschüssiges Wasser unter dem Einfluss der Schwerkraft aus dem Boden abfließt.
• • Feldkapazität:Sie bezieht sich auf den Wassergehalt des Bodens, nachdem die Schwerkraft die überschüssige Wassermenge aus den Poren entfernt hat. Mit anderen Worten:Es handelt sich um die Wassermenge, die der Boden aufnehmen kann.
• • Bodenfeuchtigkeitsspannung:Wird auch als Bodenmatrixpotential bezeichnet und ist die Kraft, mit der Wasser am Boden haftet. Die Angabe erfolgt im Allgemeinen in Bars.
• • Permanent Wilting Point (PWP):PWP bezieht sich auf die Mindestwassermenge im Boden, die eine Pflanze benötigt, um nicht zu welken. Wenn der Wassergehalt des Bodens unter dem PWP liegt, kann die Pflanze ihre Prallheit nicht wiedererlangen.
• • Verfügbare Wasserkapazität:Dies ist die Wassermenge, die für das Pflanzenwachstum zwischen PWP und der Feldkapazität des Bodens vorhanden ist. Es wird auch als Plant Available Water (PAW) bezeichnet und in Zoll verfügbarem Wasser pro Fuß Boden gemessen.

Diese Terminologien werden im Allgemeinen bei der Bestimmung des Feuchtigkeitsgehalts des Bodens verwendet. Verschiedene Bodenfeuchtigkeitsdetektoren verwenden diese Terminologien, um die darin vorhandene Feuchtigkeitsmenge anzuzeigen. Die Funktionsweise des Bodenfeuchtigkeitssensors hängt im Allgemeinen von den von den Sensoren verwendeten Mechanismen ab.

Verschiedene Arten von Bodenfeuchtesensoren:

1) Reflektometer:

Bodenfeuchtesensoren mittels Reflektometrie bestimmen den Wassergehalt, indem sie die Änderung eines bestimmten Parameters messen, sobald dieser vom Boden reflektiert wird. In einem Reflektometer gibt es im Allgemeinen zwei oder drei Metallstäbe, die tief in den Boden eingeführt werden. Durch diese Stäbe wird eine Welle bekannter Parameter geleitet. Der Sensor fängt die reflektierte Welle ein und anhand der Änderungen der Parameter wird die im Boden vorhandene Feuchtigkeitsmenge bestimmt.

Basierend auf den vom Reflektometer verwendeten Parametern werden sie in drei verschiedene Typen eingeteilt:

• • Time Domain Reflectometer (TDR):Parameter sind Geschwindigkeit und Stärke der elektromagnetischen Welle
• • Frequency Domain Reflectometer (FDR):Parameter ist die Frequenz der Welle
• • Amplitude Domain Reflectometer (ADR):Parameter sind Dielektrizitätskonstante und elektrische Leitfähigkeit des Bodens eines Impedanzsignals.

2) Zeitbereichsübertragung (TDT):

Ein Zeitbereichs-Transmissometer ähnelt einem TDR, besteht jedoch aus einer vollständigen Schleife, bei der beide Enden mit einer Stromquelle verbunden sind. TDT misst die Zeit, die der Impuls benötigt, um sich durch die gesamte Schleife auszubreiten, sobald er tief im Boden vergraben ist. Die Zeit, die der Impuls zur Ausbreitung benötigt, ist bei feuchtem Boden länger als bei trockenem Boden. Unter Berücksichtigung der Zeit, die der Impuls benötigt, wird die im Boden vorhandene Feuchtigkeitsmenge abgeschätzt.

3) Tensiometer:

Ein Tensiometer nutzt die Bodenfeuchtigkeitsspannung, um den Feuchtigkeitsgehalt im Boden zu bestimmen. Es besteht aus einer Glasröhre, die mit Wasser gefüllt ist. Das Ende des Rohrs ist mit einer porösen Spitze ausgestattet, die tief in den Boden eingeführt wird. Der Boden entzieht dem Rohr aufgrund der Bodenfeuchtigkeitsspannung das Wasser, sobald seine Feuchtigkeit abnimmt. Dadurch entsteht im Rohr ein Vakuum, das die Änderung des Bodenwassergehalts widerspiegelt.

4) Granulare Matrix-Sensoren:

Dieser Sensor misst den elektrischen Widerstand, um den Feuchtigkeitsgehalt im Boden zu bestimmen. Es besteht aus Elektroden, die in einer körnigen Matrix aus Quarz eingeschlossen sind. Dieses Gerät ist in einer Gipslösung eingeschlossen, die in einem Metallgehäuse gefüllt ist. Eine kleine elektrische Ladung wird durch die Elektroden geleitet und der elektrische Widerstand durch sie gemessen. Wenn die Feuchtigkeit im Boden abnimmt, wird dem Sensor das Wasser vom Boden entzogen und somit erhöht sich der Widerstand. Diese Änderung des Widerstandsniveaus wird dann zur Schätzung des Bodenwassergehalts verwendet.

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Ein IoT-gestütztes Bodenfeuchtigkeitsmanagementsystem:

Die Bodenfeuchtigkeit ist ein wichtiges Merkmal, das das Wachstum von Pflanzen erleichtert. Es fungiert als Lösungsmittel für verschiedene im Boden vorhandene Nährstoffe und fungiert selbst als Hauptbestandteil der Photosynthese. Es reguliert die Bodentemperatur, was das Blühen neuer Pflanzen zusätzlich gewährleistet.

Die Messung des Bodenwassergehalts ist daher wichtig, um den Ernteertrag zu maximieren und seine Qualität sicherzustellen. Es sind Bodenfeuchtigkeitssensoren entstanden, die auf verschiedenen Mechanismen basieren und den Landwirten dabei helfen, über die Qualität des Bodens ihrer Betriebe auf dem Laufenden zu bleiben.

Das IoT-gestützte Bodenfeuchtigkeitserkennungssystem ist eine der vielen Anwendungen des landwirtschaftlichen IoT. Die über Feuchtigkeitssensoren gesammelten Daten werden über ein Gateway an eine zentrale Plattform übertragen, die als Kommandozentrale für einen Landwirt fungiert. Mithilfe der Daten auf dieser Plattform kann er verschiedene landwirtschaftliche Betriebe aus der Ferne überwachen und verwalten und die Qualität und Gesundheit seiner Pflanzen sicherstellen.

Verwendete Hardware:-

Preis:70 $

Intellia INT G01 – Bodenfeuchtesensor

Der Intellia INT G01-Bodenfeuchtigkeitssensor (Sender) ist ein hochpräzises und hochempfindliches Bodenfeuchtigkeitsmessgerät. Dieses Produkt ist eine Metallhülle, hohe Druckfestigkeit, gute Dichtleistung; die Verwendung des elektromagnetischen Impulsprinzips zur Messung der scheinbaren Dielektrizitätskonstante des Bodens.

Kurzspezifikationen

Modell Nr. INT G01 Überwachungsprinzip FDR-Struktur 4-Pin-Typ Ausgangssignal 4–20 mA Stromversorgung DC12–24 V Reaktionszeit <1 s